CN113408993B - 一种用于机械自动化的智能装配系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于机械自动化的智能装配系统，包括识别定位单元、预警处理单元、分析优化单元和控制终端，通过设置识别定位单元，对零件安置盒内的零件进行核对，同时建立虚拟的空间直角坐标系，标记出零件拿取坐标和多轴机械手的工作位置坐标，为后续装配过程中的位移轨迹的优化提供数据支撑，通过设置分析优化单元，对各个零件的位移轨迹长度和单次装配时间进行分析，从而对对应零件的零件安置盒的位置坐标进行更换，优化多轴机械手的位移轨迹，同时对单次装配时间较长的零件装配过程进行三维模拟，并根据模拟结果调整零件装配顺序，从而优化整个装配工序，使装配工序更加流畅，效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及智能装配系统，具体为一种用于机械自动化的智能装配系统。
背景技术
在设备或者产品的制造过程中，经过加工后的零件往往需要经过组合装配到一起形成一个完整的产品，由于在零件的装配过程中，牵涉到零件的位置摆放和定位等工序，往往是通过人工进行手工装配，但是这样的装配方式效率极低，且对于不同装配技术人员来说，装配的手法以及标准都不尽相同，这样对产品的标准化有着较大的影响；
现有的汽车或者飞机生产行业已经运用了智能化的装配车间进行自动化装配，但是对于电子产品等小型元器件的装配还是采用人工的方式，在运用机械化智能装配的过程中，会因为零件问题、装配顺序问题导致装配过程异常，且无法自主分析装配流程中可以优化的部分工序，为此，我们提供一种用于机械自动化的智能装配系统。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种用于机械自动化的智能装配系统。
本发明所解决的技术问题为：
（1）如何通过设置物料转运单元，将零件信息通过条码形式进行记录，并通过不同的零件安装盒进行零件放置，同时通过AVG无人搬运小车运输至装配点，整个过程流程系统化，大大减少了生产人员的占用率，减轻了劳动强度，保证了效率的同时减小了出现错误的概率；
（2）如何通过设置识别定位单元，对零件安置盒内的零件进行核对，同时建立虚拟的空间直角坐标系，标记出零件拿取坐标和多轴机械手的工作位置坐标，为后续装配过程中的位移轨迹的优化提供数据支撑；
（3）如何通过设置分析优化单元，对各个零件的位移轨迹长度和单次装配时间进行分析，从而对对应零件的零件安置盒的位置坐标进行更换，优化多轴机械手的位移轨迹，同时对单次装配时间较长的零件装配过程进行三维模拟，并根据模拟结果调整零件装配顺序，从而优化整个装配工序，使装配工序更加流畅，效率更高。
本发明可以通过以下技术方案实现：一种用于机械自动化的智能装配系统，包括：
任务定制单元，用于生产人员将装配任务表单输入至控制终端；
控制终端，根据装配任务表单进行任务派发，将对应数据分别发送至物料转运单元和识别定位单元；
识别定位单元，对零件和装配位置进行识别定位，并将装配动作单元中多轴机械手装配每个零件的位移轨迹长度和单次装配时间并传输至分析优化单元；
分析优化单元，对零件的装配过程进行分析优化。
本发明的进一步技术改进在于：物料转运单元根据零件编号和零件数量生成对应条码，并根据条码从仓库中领取对应零件数量的不同种类的零件，且放置在对应的零件安置盒中，并通过智能搬运设备转运至装配点。
本发明的进一步技术改进在于：物料转运单元将零件安置盒顺序排列在装配台上后，识别定位单元通过扫描和读取条码信息和获取视觉外形图像，对数据存储单元进行查询匹配，对零件类型、规格和数量进行核对。
本发明的进一步技术改进在于：识别定位单元在装配前对零件安置盒的位置和多轴机械手的位置进行建模和坐标记录，并传输至装配动作单元 ，装配动作单元根据记录的坐标对零件进行装配。
本发明的进一步技术改进在于：分析优化单元计算多轴机械手拿取零件的最短直线距离和实际的位移轨迹长度，并得到有效位移系数，根据有效位移系数与设定阈值的比较结果进入优化步骤。
本发明的进一步技术改进在于：分析优化单元将装配动作单元的单次装配时间与人工装配时间进行对比，当单次装配时间≥人工装配时间，判定装配过程出现异常，生成装配异常信号并传输至预警处理单元；当单次装配时间＜人工装配时间，计算出时间差值，并将其标记为效率时间差，对排序后效率时间差最小的三个对应零件的装配过程进行三维模拟。
本发明的进一步技术改进在于：预警处理单元接收到装配异常信号后，立马进行断电保护，多轴机械手回到初始状态，并将装配异常情况的异常日志直接发送至对应生产人员的手机终端。
本发明的进一步技术改进在于：将三维模拟结果所用时长与对应零件的单次装备时间进行比值运算，当结果小于设定值时，则该零件的装配不需要优化，否则，将对应零件的三维模拟结果发送至控制终端，并最终发送至将装配任务表单上传的生产人员的手机终端，使对应生产人员对相应零件的零件装配顺序进行调整，并重新通过任务制定单元上传。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1、通过设置物料转运单元，将零件信息通过条码形式进行记录，并通过不同的零件安装盒进行零件放置，同时通过AVG无人搬运小车运输至装配点，整个过程流程系统化，大大减少了生产人员的占用率，减轻了劳动强度，保证了效率的同时减小了出现错误的概率；
2、通过设置识别定位单元，对零件安置盒内的零件进行核对，同时建立虚拟的空间直角坐标系，标记出零件拿取坐标和多轴机械手的工作位置坐标，为后续装配过程中的位移轨迹的优化提供数据支撑；
3、通过设置分析优化单元，对各个零件的位移轨迹长度和单次装配时间进行分析，从而对对应零件的零件安置盒的位置坐标进行更换，优化多轴机械手的位移轨迹，同时对单次装配时间较长的零件装配过程进行三维模拟，并根据模拟结果调整零件装配顺序，从而优化整个装配工序，使装配工序更加流畅，效率更高。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的系统框图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。
请参阅图1所示，一种用于机械自动化的智能装配系统，包括任务制定单元、物料转运单元、识别定位单元、装配动作单元、预警处理单元、分析优化单元、数据存储单元和控制终端；
任务定制单元用于生产人员将装配任务表单输入至控制终端，装配任务表单中包括装配的零件编号、零件数量、零件装配顺序以及零件装配位置，其中，每一个零件编号对应一种规格的零件，零件装配位置指的是根据零件的特征位置标记的装配尺寸公差对应装配位置；
控制终端根据装配任务表单进行任务派发，将零件编号和零件数量发送至物料转运单元，将零件编号、零件装配顺序以及零件装配位置发送至识别定位单元；
数据存储单元中预存有仓库中所有零件的外形影像数据和对应名称，数据存储单元中还存储有对应零件的人工装配时间；
物料转运单元得到零件编号和零件数量，生成与零件编号和数量相对应的条码，通过识别条码可以读取出零件名称、零件规格和零件数量，将对应的条码进行打印，通过将条码贴附在不同的零件安置盒侧面，在仓库中领取对应零件数量的不同种类的零件，且领取的不同种类的零件放置在对应的零件安置盒中，并通过智能搬运设备转运至装配点，智能搬运设备具体为AVG无人搬运小车，同时，将零件安置盒根据零件编号顺序放置在装配台上；
装配台上设置有装配动作单元，装配动作单元包括若干个多轴机械手，多轴机械手接收识别定位单元传输过来的指令进行动作；
识别定位单元对零件和装配位置进行识别定位并发出对应指令至装配动作单元，具体步骤为：
步骤S11：识别定位单元接收到零件编号、零件装配顺序以及零件装配位置后，开始对装配台上的零件安置盒进行识别和核对：
步骤S11-1：通过激光扫描器扫描每个零件安置盒侧面贴附的条码，读取条码信息得到零件名称、零件数量和零件规格；
步骤S11-2：通过视觉照相机获取对应零件安置盒内的视觉外形图像和视觉零件数量；
步骤S11-3：获取视觉外形图像中的条码影像尺寸，所有零件安置盒上条码的实际尺寸均一致，根据条码影像尺寸与实际尺寸比对得到缩放比例，提取视觉外形图像中的视觉零件影像，并根据缩放比例计算出零件安置盒中的实际计算尺寸；
步骤S11-4：将视觉零件影像发送至数据存储单元进行查询匹配，得到匹配名称数据，当匹配名称数据与条码信息中的零件名称比对不成功时，判定零件外形匹配错误，当比对成功时，判定零件外形匹配正确；将实时计算尺寸与零件规格中的对应尺寸进行比对时，对实时计算尺寸与零件规格的对应尺寸进行比值运算，当运算结果处于设定的阈值范围内时，判定零件规格匹配正确，否则判定零件规格匹配错误；将视觉零件数量与条码信息中的零件数量进行比较，当视觉零件数量与条码信息中的零件数量一致时，判定零件数量匹配正确，否则判定零件数量错误；
步骤S11-5：当零件外形匹配错误、零件规格匹配错误或零件数量匹配错误时，则零件核对失败，发送重新转运指令至物料转运单元，物料转运单元接收到重新转运指令后进行对应零件的重新转运，否则进入到步骤S12中；
步骤S12：以装配台的正中心为坐标原点建立虚拟的空间直角坐标系，则得到若干个多轴机械手的工作位置坐标，同时将零件安置盒的中心处的坐标作为对应零件安置盒的零件拿取坐标，并对工作位置坐标和零件拿取坐标进行记录并传输至装配动作单元；
步骤S13：根据零件装配顺序，启动其中一个多轴机械手到达对应的零件拿取坐标，并拿取对应的零件至装配台的装配区，同理拿取后续零件进行装配。
在零件装配过程中，识别定位单元记录装配动作单元中多轴机械手装配每个零件的位移轨迹长度和单次装配时间并传输至分析优化单元；
分析优化单元接收到装配各个零件的位移轨迹长度和单次装配时间进行分析优化，具体步骤为：
步骤S21：将位移轨迹长度标记为WYi，单次装配时间标记为DSi，其中，i表示零件类型的种类编号，i=1,2,3……n；
步骤S22：根据对应零件的零件拿取坐标与对应多轴机械手的工作位置坐标，运用勾股定理计算出拿取对应零件的最短直线距离，将拿取每一个零件的位移轨迹长度与该零件数量进行乘积运算，得到拿取对应零件的总位移轨迹长度，同时根据最短直线距离求取所有零件的最短直线距离总和，将最短直线距离总和与总位移轨迹长度进行比值运算，得到有效位移系数，当有效位移系数小于设定阈值时，进入步骤S23；
步骤S23：对不同零件对应的总位移轨迹长度按照从大到小进行排序，将总位移轨迹长度最大的与最小的进行匹配，匹配完成后，将对应零件的零件安置盒的零件拿取坐标进行互换，互换后的坐标与零件安置盒的条码信息进行绑定，生成安置盒摆放信息并发送至物料转运单元；
步骤S24：，从数据存储单元中提取零件的人工装配时间，并将其与单次装配时间进行比较，当单次装配时间≥人工装配时间，判定装配过程出现异常，生成装配异常信号并传输至预警处理单元，当单次装配时间＜人工装配时间，计算出时间差值，并将其标记为效率时间差；
步骤S25：对效率时间差按照大小顺序排序，得到效率时间差最小的三个对应零件的装配过程，并自动对其装配过程进行三维模拟，当三维模拟结果所用时长与对应零件的单次装备时间的比值小于0.85时，认为该零件的装配不需要优化，否则，将对应零件的三维模拟结果发送至控制终端，并最终发送至将装配任务表单上传的生产人员的手机终端，使对应生产人员对相应零件的零件装配顺序进行调整，将调整后的装配任务表单重新通过任务制定单元上传。
预警处理单元接收到装配异常信号后，立马进行断电保护，多轴机械手回到初始状态，并将装配异常情况的异常日志直接发送至对应生产人员的手机终端，异常日志包括异常出现时的装配零件、装配位置以及此零件的装配时长。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1.一种用于机械自动化的智能装配系统，其特征在于，包括：
任务定制单元，用于生产人员将装配任务表单输入至控制终端；
控制终端，根据装配任务表单进行任务派发，将对应数据分别发送至物料转运单元和识别定位单元；
识别定位单元，对零件和装配位置进行识别定位，并将装配动作单元中多轴机械手装配每个零件的位移轨迹长度和单次装配时间传输至分析优化单元；
识别定位单元对零件和装配位置进行识别定位并发出对应指令至装配动作单元，具体步骤为：
步骤S11：识别定位单元接收到零件编号、零件装配顺序以及零件装配位置后，开始对装配台上的零件安置盒进行识别和核对：
步骤S11-1：通过激光扫描器扫描每个零件安置盒侧面贴附的条码，读取条码信息得到零件名称、零件数量和零件规格；
步骤S11-2：通过视觉照相机获取对应零件安置盒内的视觉外形图像和视觉零件数量；
步骤S11-3：获取视觉外形图像中的条码影像尺寸，所有零件安置盒上条码的实际尺寸均一致，根据条码影像尺寸与实际尺寸比对得到缩放比例，提取视觉外形图像中的视觉零件影像，并根据缩放比例计算出零件安置盒中的实际计算尺寸；
步骤S11-4：将视觉零件影像发送至数据存储单元进行查询匹配，得到匹配名称数据，当匹配名称数据与条码信息中的零件名称比对不成功时，判定零件外形匹配错误，当比对成功时，判定零件外形匹配正确；将实时计算尺寸与零件规格中的对应尺寸进行比对时，对实时计算尺寸与零件规格的对应尺寸进行比值运算，当运算结果处于设定的阈值范围内时，判定零件规格匹配正确，否则判定零件规格匹配错误；将视觉零件数量与条码信息中的零件数量进行比较，当视觉零件数量与条码信息中的零件数量一致时，判定零件数量匹配正确，否则判定零件数量错误；
步骤S11-5：当零件外形匹配错误、零件规格匹配错误或零件数量匹配错误时，则零件核对失败，发送重新转运指令至物料转运单元，物料转运单元接收到重新转运指令后进行对应零件的重新转运，否则进入到步骤S12中；
步骤S12：以装配台的正中心为坐标原点建立虚拟的空间直角坐标系，则得到若干个多轴机械手的工作位置坐标，同时将零件安置盒的中心处的坐标作为对应零件安置盒的零件拿取坐标，并对工作位置坐标和零件拿取坐标进行记录并传输至装配动作单元；
步骤S13：根据零件装配顺序，启动其中一个多轴机械手到达对应的零件拿取坐标，并拿取对应的零件至装配台的装配区，同理拿取后续零件进行装配；
分析优化单元，对零件的装配过程进行分析优化，具体为：
分析优化单元接收到装配各个零件的位移轨迹长度和单次装配时间进行分析优化，具体步骤为：步骤S21：将位移轨迹长度标记为WYi，单次装配时间标记为DSi，其中，i表示零件类型的种类编号，i=1,2,3……n；
步骤S22：根据对应零件的零件拿取坐标与对应多轴机械手的工作位置坐标，运用勾股定理计算出拿取对应零件的最短直线距离，将拿取每一个零件的位移轨迹长度与该零件数量进行乘积运算，得到拿取对应零件的总位移轨迹长度，同时根据最短直线距离求取所有零件的最短直线距离总和，将最短直线距离总和与总位移轨迹长度进行比值运算，得到有效位移系数，当有效位移系数小于设定阈值时，进入步骤S23；
步骤S23：对不同零件对应的总位移轨迹长度按照从大到小进行排序，将总位移轨迹长度最大的与最小的进行匹配，匹配完成后，将对应零件的零件安置盒的零件拿取坐标进行互换，互换后的坐标与零件安置盒的条码信息进行绑定，生成安置盒摆放信息并发送至物料转运单元；
步骤S24：从数据存储单元中提取零件的人工装配时间，并将其与单次装配时间进行比较，当单次装配时间≥人工装配时间，判定装配过程出现异常，生成装配异常信号并传输至预警处理单元，当单次装配时间＜人工装配时间，计算出时间差值，并将其标记为效率时间差；
步骤S25：对效率时间差按照大小顺序排序，得到效率时间差最小的三个对应零件的装配过程，并自动对其装配过程进行三维模拟，当三维模拟结果所用时长与对应零件的单次装备时间的比值小于0.85时，认为该零件的装配不需要优化，否则，将对应零件的三维模拟结果发送至控制终端，并最终发送至将装配任务表单上传的生产人员的手机终端，使对应生产人员对相应零件的零件装配顺序进行调整，将调整后的装配任务表单重新通过任务制定单元上传。
2.根据权利要求1所述的一种用于机械自动化的智能装配系统，其特征在于，物料转运单元根据零件编号和零件数量生成对应条码，并根据条码从仓库中领取对应零件数量的不同种类的零件，且放置在对应的零件安置盒中，并通过智能搬运设备转运至装配点。
3.根据权利要求1所述的一种用于机械自动化的智能装配系统，其特征在于，物料转运单元将零件安置盒顺序排列在装配台上后，识别定位单元通过扫描和读取条码信息和获取视觉外形图像，对数据存储单元进行查询匹配，对零件类型、规格和数量进行核对。
4.根据权利要求1所述的一种用于机械自动化的智能装配系统，其特征在于，预警处理单元接收到装配异常信号后，立马进行断电保护，多轴机械手回到初始状态，并将装配异常情况的异常日志直接发送至对应生产人员的手机终端。
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